资金投入,快速而高效率地提高学生技能实践的进度;还可以实现技能训练中与仿真设备
的交互,能够无限制地使用和复制,减少人为损坏的可能性;通过修改模型有效增加新设
备的功能,优化资源库;充分利用网络实现发酵应用技能合作性训练、协同性训练以及远程
训练等,达到资源共享
[5]。从学生的角度,让学生根据所学的内容在相应仿真环境中,进
行开车操作,可以自由改变各个工艺点的参数,自由控制各个节点的阀门,观察工艺反应
现象,了解生产实践中每一部分对结果的影响,直到掌握工艺操作,模拟生产出合格产品
为止。
2 发酵工艺仿真软件的应用
仿真技术在教学中的应用,可以通过我系引进的青霉素发酵工艺仿真软件实例来说明。
该软件主要用于制药工程相关专业的教学培训,使参加培训的学生能够充分地理解青霉素
生产工艺流程,一对一亲自动手操作,观察工艺反应现象,进行开车操作,同时对于操作
过程和结果进行客观的考核与评定。
仿真软件以青霉素的生产工艺过程为主线,以各节点单元操作控制为重点来进行实践
培训。如图
1 所示,在青霉素生产过程中,重点控制预处理、提取流程、精制流程、一次 BA
萃取、一次反萃取、二次
BA 萃取、脱色操作、结晶操作、抽滤干燥等控制点,使学生能够清晰
地认识到关键控制点,并进行单元操作。
图
1 青霉素生产工艺流程界面(图片均来自于教学软件)
在各单元中还细分出子模块。以预处理单元为例
(如图 2 所示),子模块包含菌种介绍、
孢子制备、灭菌、培养基配制、发酵工艺操作、发酵罐操作等,进一步深入到单元里的精细流
程,并给予各模块非常鲜活的模拟现场,使学生能够在纵观全局的基础上,对设备和参数
进行控制。
图
2 发酵流程界面
涉及具体的操作控制时,可进入操作界面
(如图 3 所示)进行各项参数的控制及阀门的
开关,如对发酵过程中的温度、
pH 值、时间、各种填料、出料等参数条件的控制。在各参数设
定好的情况下还可以对发酵情况进行实时观察,通过发酵情况
(如图 4 所示)来确定各参数
设定及操作是否正确,如果操作失误会产生故障,在故障的产生和排除过程中,锻炼学生
的应急能力,熟练操作技能。
图
3 发酵罐操作界面
图
4 菌种曲线界面
青霉素发酵是典型工艺,可见仿真软件具有界面直观、生动,操作方便,易学易用的特
点;仿真手段符合实际工艺要求,设备齐全逼真,弥补了传统实习中学生无法亲自动手操
作的不足。通过对青霉素发酵工厂实物设备的仿真模拟,使学生对青霉素发酵的工艺原理、
操作环境、控制系统、故障处理有了更深的理解。
3 仿真软件应用的弊端
虽然仿真软件在教学中具有高效率、高精度、安全、无消耗等特点,但是,仿真软件不应
该也不可能取代实物实践。因为实物实践中会产生许多意想不到的问题并能发现思维盲点,
而仿真过程是一个理想化的过程,在仿真软件中仪器、元器件的温度、料液浓度、黏度、颜色
等物理特性无法感知;添加剂及化学药品的味道、气味也无法感知。同时,仿真操作时因为
不用担心误操作带来的后果
(例如:温度过高导致管道、罐体等设备的炸裂),操作不当造成
的泄露、爆炸或实践装置损坏等意外事故,容易使学生麻痹大意。长此以往不利于培养学生
严谨科学的学风,并且会削弱学生分析和解决实际问题的能力
[6,7]。可见,仿真软件并不能
完全取代现实教学中的实践操作。
4 仿真教学方式的思考